JPH0662557A - 多相ハイブリッド型ステッピングモータ - Google Patents
多相ハイブリッド型ステッピングモータInfo
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K37/00—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors
- H02K37/10—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type
- H02K37/12—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type with stationary armatures and rotating magnets
- H02K37/14—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
- H02K37/18—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures of homopolar type
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract
トルクの変動を可及的に小さくし、トルク・スティフネ
スを改善し、さらに回転時の共振振動を少なくする。 【構成】固定磁極は、ロータの歯ピッチと同間隔で設け
られた2つ以上の小歯を有し、非対称型ステータの小歯
の数の合計(NS)は、NS=5×(n0 +n1){n0
は5つの固定磁極各々の小歯の数、n1 は残りの5つ
の固定磁極の小歯の数}で決まり、小歯がn1 である非
対称型ステータは小歯がn0 である非対称型ステータの
間に配設され、芯の反対側には小歯がn0 である非対称
型ステータが配置され、NS≧0.8NR(ロータの歯
数)、NR−NS=K(S0−S1)+10(S1−1
+B){Kは2から5の間の整数、S0とS1は小さい
整数、Bは1の分数で、10Bは整数}、全ステップ角
360°/10NRとする。
Description
テッピングモータの改良に関する。
高精度の位置決めに適したアクチュエータとして、四半
世紀以上も前からよく知られている。その応用範囲に
は、完全自動化生産ライン用をはじめとする各種の工作
機械、およびプリンタ、プロッタ、ファクシミリ、ディ
スクドライブ、などのコンピュータ周辺機器が含まれて
いる。
タ ハイブリッド形ステッピングモータで最も普通のタイプ
は、いわゆる4相モータで、ステータに固定磁極が8つ
付いている。図9(a)、(b)はこのような4相のハ
イブリッド形ステッピングモータの縦断面図であり、図
9(a)は図10のA−A断面を示し、図9(b)は図
10のB−B断面を示す。これらの固定磁極の各々に
は、巻線11と5つの小歯12が付いている。図10に
示すように小歯12は、内部で回転する軸状永久磁石1
3の両端に取り付けられたロータ・キャップ14(ホー
ルキャップ、最低2個ある)の歯15と向かい合ってい
る。ロータ・キャップ14は各々50の歯15を持ち、
一方はN極、もう一方はS極となる。ロータ・キャップ
14の歯15のピッチは、360°/50=7.2°と
なる。二つのロータ・キャップ14は、回転方向に0.
5歯ピッチ、ずれている。ロータ・キャップ14は、通
常、積層珪素鋼板または塊状電磁軟鋼でできており、シ
ャフト16やそれぞれに取り付けられた磁石とともに、
ロータ・システムを形成する。
ピングモータには、複数のロータ・システムを持つもの
がある。通常、ステータの固定磁極に付いている小歯の
ピッチは、ロータの歯ピッチ(Tp)に等しい。図9の
場合、隣接する各固定磁極は互いに45゜ずつ離れてい
る(ある固定磁極の中央の小歯の中心から隣接する固定
磁極の中央の小歯の中心までの角度が、45゜であ
る)。いま、隣接する固定磁極間の物理的なシフト角は
45゜割る7.2゜(歯ピッチ)マイナス歯ピッチの整
数{シフト角=45°/[7.2°(歯ピッチ)]−
[歯ピッチの整数]}となり、これは歯ピッチの4分の
1に等しい。これは電気角でいえば90゜である。それ
は、1歯ピッチが電気角360゜に相当するためであ
る。
造と見なすことができる。それは、すべての固定磁極が
おなじ数の小歯を持ち、歯ピッチと等しく、隣接する各
固定磁極の一番外側の小歯どうしの間隔、すなわち巻線
スロット間隔も均一だからである。この場合は、[2.
25Tp]−[1歯幅]である。
個のステータ小歯を付けることができる(1固定磁極に
6小歯)。ただし、[1.25Tp]−[1歯幅]のス
ロット間隔への巻線挿入が可能で、必要なだけのフェー
ズ・インダクタンスを実現できることが条件になる。
係に、対称型固定子構造を採用できる。ただし、以下の
条件が満たされなければならない。すなわち、 [ロータの歯数/固定磁極数=K+1/4](Kは整
数) 一例をあげると、50/8=6.25の場合は、対象形
固定子型構造を採用できる。48/8=6の場合は、シ
フト角が無いため、採用できない。逆に言うと、ロータ
歯数NR=8(K+0.25)であるモータは、対称型
固定子構造を採用できる。したがって、固定磁極数が8
でNR=10;18;26;34;42;50;および
58の場合対称型固定子構造の採用が可能となる。
トルク(静止トルク)を生み出す。このトルクは歯ピッ
チの4分の1の周期を持ち、固定磁極への外部からの励
磁が無い時にも、ロータ位置を保つ。
ステムとともに、ほとんど正弦的な静止トルクを生み出
す(図11)。このトルクは、歯ピッチTpと等しい周
期を持つ。また、各固定磁極間の電気角は90゜であ
る。以上を考慮すると、図12のようなトルク・ヴェク
タ・ダイヤグラムを書くことができる。簡単に見て取れ
ることだが、第1相は固定磁極1と5によって、第2相
は固定磁極2と6によって、第3相は固定磁極3と7に
よって、第4相は固定磁極4と8によって成り立ってい
る。トルクが最大になるのは8つの固定磁極すべてに電
圧が加えられた時であることもわかる。全ステップ角α
F=電気角90゜、あるいはαF=1/4Tpが実現す
るのは、4つの相(すなわち、1;5;3;7)の分極
が同時に変化した時である。半ステップ角αH=45゜
ないし1/8Tpを達成するには、固定磁極の分極を変
える代わりにスイッチ・オフしなければならない。
で、√2からの1までの範囲で変化する。二つの固定磁
極の磁極の極性は常に180゜離れている(たとえば、
1と3、あるいは2と4)。また最大トルクは、4つの
固定磁極の極性が同時に変化したとき、ステップからス
テップへと大きくなる。そのため、第1相と第2相は接
続可能となる。第2相と第4相も同様である。その結
果、比較的シンプルないわゆるH型ブリッジ・ドライバ
の採用が可能になる。このドライバは、8個のトランジ
スタで全ステップと半ステップの両モードを実現する。
れた8つの固定磁極は図19のように分極する。図19
中のステップ1は全ステップ・ポジション、ステップ2
は半ステップ・ポジションである。
極とN極の数はつねに等しい。それが意味するのは、N
極のロータ・キャップに働く半径方向の力は、S極のロ
ータ・キャップに働くそれに等しくなる、ということで
ある。このことは、モータ使用期間中における軸受け部
分のダメージ回避に、また、機械的な不調の抑制やステ
ップ角交差の維持に、大きな意味を持つ。
すべてに電圧を加えたとき、隣り合った2つの固定磁極
がまずN極(S極)となり、次の2つの固定磁極がS極
(N極)となる。このことが、全ステップ・ポジション
における安定性を良好なものとする。それは、図11が
示すように、ある1つの固定磁極と同相であるなら、デ
ィテントオフフェーズ(第4高調波、固定磁極の巻線に
電流を流さないときのディテント力)は8つの固定磁極
に電圧を加えた時の静止トルクのスティフネスを支持し
ないからである。(図11はディテント・オフフェーズ
を示す)。
タに関する以上の説明は、以下の一般法則にまとめるこ
とができる。 1.ロータ歯数は以下のように決まる。 NR=mp[(n−1)+(K+1/m)] ただし、 m=相の数 p=相ごとの固定磁極の数 K=1以上の正の整数 n=固定磁極ごとの小歯の数 2.固定磁極の小歯の最大数 NSmax=NR−p および、 NS=mpn したがって、NsはつねにNRより小さくなる。 3.固定磁極の最小数は、相の数に等しくなる。これは
つまり、相ごとの固定磁極の最小数は1になる、という
ことである。 |mp|min=m 4.固定磁極の歯ピッチTpは、ロータの歯ピッチと等
しくなることがある。 TpS=TpR ただし、TpR=360°/NR しかし、対象形固定子構造の場合、固定磁極の歯ピッチ
は以下のようにもなる。 Tps=360°/NR−p 5.基本的なディテント・トルクは、速度に伴うトルク
変動(コッギング)と同様、ロータの歯ピッチの高調波
の順番と連動する周期を持つ。 6.1回転あたりのステップ数 全ステップ・モード:Nrevf=mNR 半ステップ・モード:Nrevh=2mNR したがって、ステップ角は以下のようになる。 αF=360°/mNR および、 αH=180°/mNR
ッピングモータは次のような弱点を持っている。すなわ
ち、 1.半ステップ・モード時の静止位置、または、ステッ
プからステップへのスイッチング中における動トルクの
大きな変動がある。この変動率は、1/√2である。 2.比較的高いディテント・トルクをもつ。これがステ
ップ角の精度やマイクロ・ステッピングの動きに、悪影
響を与えることがある。 3.マイクロ・ステッピング・モード時、正弦波電流の
変動が正弦波の頂点においては、非常に小さな変化を要
求する。モータが小型である場合、トルク変化が非常に
小さいため、ロータは動かないかもしれない。 4.この種のモータは、ステップ周波数が1KHZ以下
の場合、トルク変動に伴い、比較的強い共振現像を生み
出す。この種のモータは、その領域内では一定の負荷な
いし追加のダンパーがないかぎりロータ回転しないとい
う、特定の速度領域を持つことがある。 5.スタートおよびストップ・ステップ周波数が、比較
的低い。 6.ロータの歯数に制限があるため、達成可能なステッ
プ角の大多数や回転数とのステップ数が、工業製品での
使用を考えた場合、あまり実用的なものとはならない。
ータ 上記の弱点のいくつかは、相の数を増やすことで解消で
きる。米国特許第3,866,104号及び第4,00
0,452号は、5相ハイブリッド形ステッピングモー
タについて説明している。上述の一般法則(計算式)
は、5相モータにもあてはまる。
も答は整数にならない。また、PMモータにおいて電流
の方向を変化させると、極性は電気角で180゜転換す
る(図13)。そのため、このモータが許容する1回転
分のステップ数(NREV)は通常の2倍になる。した
がって、Nrevf=2mNR および αF=180
゜/mNR、Nrevh=4mNR および αH=
90゜/mNR、となる。
る5相モータは、隣接する固定磁極間のシフト角が3/
5Tpのものである。従って、固定磁極2と4の間の電
気角は、72゜(1/5Tp)になる(図14)。
ムの図15のようになり、固定磁極の分極状況は図20
のようになる。このダイヤグラムと図20は、ONであ
る相が5つであっても4つであっても全ステップ駆動は
ともに可能であることを示している。半ステップ駆動
は、5相ONと4相ONを交互に繰り返すことにより、
達成される。
ょうど5%である。コッギング・トルクもディテント・
トルクも第5高調波になる(図16)。これば前述のモ
ータと比較した場合、大きな進歩である。
転不可」の速度領域はまったくなくなる。ロータの歯数
(対称型固定子構造)は、以下の計算式で求められる。 NR=5p[(n−1)+(K+3/5)]
6、56、等々のロータが可能となる。ただし、この中
で商業的に重要な歯数は36だけである。50とか10
0とかいった歯数は多くの用途において非常に有用であ
るが、対称型の設計では実現することがきない。しかし
ながら、米国特許第4,095,161号が説明するよ
うに、対称型5相固定子構造でシフト角3/5Tpのも
のは、歯数の異なる4種類のロータとともに使うことが
できる。一例をあげると、図14が示す固定子構造はN
R=36を前提に設計されたものだが、NRが32、3
8、42であっても使用できる。
能となるのは、米国特許第3,866,104号が説明
しているように、非対称型固定子構造を採用した場合の
みである。つまり、ステータの歯の最大数は小さくな
る。これが、ある固定磁極の歯数と一緒には使えないロ
ータの歯ピッチ(Tp)が常に4つあるためである。
の設計例である(NR=50)。またこの種の5相非対
称型モータに関する基本的な計算式は、次の如くであ
る。 NR=5p[(n−1)+(K+3/5)]+4 NRとNSの間で可能な差異は、最小5pである。従
い、10固定磁極モータの場合、最小の差異10にな
る。これが意味するモータは、1回転のステップ数が5
00、αP=0.72°、NRは50、NSは40とな
る。このようなモータの場合、最大トルクは低下し、こ
のことは欠点と見なされねばならない。また、以下のよ
うな欠点も生じることになる。 1.ディテント・トルクは小さいが、それにも関わら
ず、静止トルクの平衡点を変化させる可能性があり、そ
れがステップ角精度の低下につながる場合がある(図1
6参照)。 2.半ステップ・モードで5つ又は3つの相がONであ
る時、固定磁極のN極の数は固定磁極のS極の数と決し
て等しくはならない(図20参照)。その結果、2つの
ロータ・キャップに働く半径方向の力にアンバランスが
生じ(図18参照)、軸受にかかる力は大きくなる。こ
れが製造公差にも影響し、ステップ角の精度を低下させ
る、半ステップ・モードの場合、N極とS極の数は2ス
テップごとに変化するので、ロータ・キャップに働く半
径方向の力も2ステップごとに変化する。このことは、
より大きくなった4カ所(又は2カ所)の巻線スロット
間隔とあいまって、特定の周波数において、より大きな
振動の原因となる。 3.半ステップ・モードにおいて、N極とS極の数の相
違と2ステップ時の磁化のばらつきは回転軸の両方向の
回転時におけるヒステリシスをひき起す。そしてこのよ
うな小歯と固定磁極間で引き合ったり離そうとするため
に生起される現象は、ロータ・キャップ上の、N極、S
極の数が減るに連れて、より大きくなる。 4.隣接する固定磁極間のシフト角が3/5Tpである
ような5相モータは、4相モータの項で説明したよう
に、隣接する2つの固定磁極がおなじ分極となることを
許さない。このことが、平衡点での安定性を低下させ
る。
4相あるいは5相ステッピングモータには多くの欠点が
存在する。そこで本発明は、上述のような従来の欠点を
解決するために成されたものであり、その目的は、ハイ
ブリッド型ステッピングモータにおいて、トルクの変動
を可及的に小さくし、トルク・スティフネスを改善し、
さらに回転時の共振振動を少なくすることができるハイ
ブリッド型ステッピングモータを提供することにある。
的を達成するために、本発明は、回転軸方向に磁化され
た1個以上の永久磁石を備えたロータを具備する多相ハ
イブリッド型ステッピングモータにおいて、前記永久磁
石と、軟磁鋼製で外周に等間隔で複数個(NR個)の歯
を設け該永久磁石の両端に付設されたポールキャップと
を有し、これら永久磁石の両端に設けられた2つのポー
ルキャップにそれぞれ設けられた複数個の歯は互いに1
/2歯ピッチ(1/2Tp)だけずらされているロータ
と、該ロータの外周に配置され内側に向かって放射状に
10個のステータ固定磁極を備えこれらステータ固定磁
極の各々にはタップを持たない捲線が付設された複数の
非対称型ステータと、該非対称型ステータにそれぞれ配
設され、ロータの歯ピッチと同間隔で設けられた2つ以
上の小歯とを有し、非対称型ステータの小歯の数の合計
(NS)は、NS=5×(n0 +n1 ){n0 は5つの
固定磁極各々の小歯の数、n1 は残りの5つの固定磁極
の小歯の数}で決まり、小歯がn1 である非対称型ステ
ータは小歯がn0 である非対称型ステータの間に配設さ
れ、かつ回転軸芯を中心として小歯がn1 である非対称
型ステータの反対側には小歯がn0 である非対称型ステ
ータが配置され、ロータの歯数(NR)と該ステータの
小歯の数の合計(NS)の関係は、NS≧0.8NR
{NSは0.8NRよりも大きいか、等しい}であり、
またNRとNSとの差は、NR−NS=K(S0−S
1)+10(S1−1+B){Kは2から5の間の整
数、S0とS1は可能な限り小さい整数であり両者が等
しくとも良い。Bは1の分数で、10Bは整数}であ
り、10個の巻線には必要なだけのN極とS極とを印加
電源を供給する電源供給手段により作り出し、全ステッ
プ角=電気角90°=αF,αF=360°/10NR
及び半ステップ角=電気角45°=αH,αH=360
°/20NRのステップ角をもつ事を特徴とする多相ハ
イブリッド型ステッピングモータを提供する。
構造を有しているため、静止トルクも平衡していて、高
精度のステップ角が得られる。また、フル・ステップ・
モード時でも、ハーフ・ステップ・モード時でも、S極
とN極の数が等しいために、回転時の異常振動が起こら
ない。
細に説明する。この発明は、非対称型固定子構造を採用
した10固定磁極モータが持つ上記の4つの欠点のう
ち、最低3つについて改善できるものである。さらに、
この発明は、4つの欠点すべてに関して固定子構造の設
計を改善することもできる。
NR=50である5相モータに対して、トルク・スティ
フネス、ステップ角精度、効率の改善をもたらすもので
ある(隣接する固定磁極間のシフト・アングルは1/5
Tp)。10の固定磁極の小歯数を全て4とする代わり
に、2つ目ごとの固定磁極に小歯を1つずつ加えてい
る。このような構成により、小歯が4つの固定磁極の反
対側には常に小歯が5つの固定磁極がくる(図1)。
差は、5になる(4と5を掛けた数を50から引き、余
った数から5と5を掛けた数を引く)。米国特許第3,
866,104号とその一般的計算式が説明する標準的
な設計の場合、この差は10歯になる。したがって、固
定子の小歯数のロータ歯数に対する比率は、標準的な設
計においては0.8にとどまるのに対し、改良されたこ
の設計においては45/50=0.9になる。
も改善する。それは、最低2つの隣接する固定磁極がN
極であり、他の2つの隣接する固定磁極がS極となるか
らである(図7)。
が期待できる。それは、この設計では、巻線スロット間
隔の大きな箇所が、標準的な設計の場合は2カ所ないし
4カ所であるのに対して、3カ所だからである。
は、以前説明した半径方向の力の方形(4方向)分散と
あいまって、振動を減少させる。
おいて、はっきりした改善を4つのエリアすべてで達成
するため、40、50、80、90ないし100といっ
たロータ数に対して、次に説明する実施例は、隣接する
固定磁極間のシフト角として3/10Tpないし7/1
0Tpという数字を採用している。2つ目ごとの固定磁
極には、上記で説明したように、小歯1つを追加してい
る。
タを設計するためには、ロータ歯数とステータ小歯数の
差を5、ないし3とすればよい。
きな巻線スロット間隔は、2カ所だけである。この箇所
の間隔は、他の8つのスロットの間隔より1歯ピッチ多
くするだけでよい。また、重要なモータで、10カ所の
スロット間隔が均一なものを設計することもできる。図
2と図3は、この2つの実施例の典型的な設計例を示し
ている。
く半径方向の力は、3つの方向に分散している。その力
は、双方のロータ・キャップに対して等しく働いてい
る。このような3方向への力の分散が製造公差に与える
影響は、かなり低い。ステップ角精度は向上し、振動も
減少する。これは、間隔の大きなスロット部分が2カ所
しかないからである。図8は、3つの連続するステップ
に関する固定磁極の分極状況を示している。図8から明
らかなように、このモータは、どこのポジションであ
れ、おなじ数のN極とS極をもっている。このことはヒ
ステリシスの減少につながる。また、最低の2つの隣接
する固定磁極はNであり、最低2つの他の隣接する極は
Sである。トルク面での改善は図5のヴェクタ・ダイヤ
グラムに示されている。なお、シフト角の選択は3/1
0Tp乃至7/10Tpであるため、10個の固定磁極
をもつこのようなモータを、p=1の10相モータとみ
なすこともできる。
のモータが持つディテント・トルクは静止トルク曲線の
10番目の調波に等しくなる。これは、図6が示すよう
に電圧を加えられた固定磁極数が10個の場合と8個の
場合とのあいだで、トルク・スティフネスのバランスを
改善する。また、半ステップ・モード時のステップ精度
をも改善する。これは、静止トルク曲線ゼロ・ポジショ
ンにおいてディテント曲線とクロスするからである。
を以下に示す。 NR−NS=K(SO−Sl)+10(Sl−l+B) ただし、NS=5(no+nl) no=5つの固定磁極における小歯の数 nl=他の5つの固定磁極における小歯の数 k =2と5のあいだの何らかの整数 soおよびsl=可能な限り小さい整数 B=10倍すれば整数になる1つの分数
が、反対向きの2つの相は、異なるステップ位置にスイ
ッチする間、結合可能となる。このことは、8つの固定
磁極を持つ4相モータに関連して、すでに説明した。し
たがって、原則として、この種の10相のモータに電圧
を加える時は、米国特許第3,842,332号が説明
するように、ペンタゴン・ドライブを介して行なう。あ
るいは、2極式のスター・ドライブを介して行なう。こ
のドライブは、いわゆるフルH形ブリッジ・ドライバと
比較した場合、スイッチング・トランジスタの数を半分
に減らすことができる。
前記に示すような構成を具備しているが故に、トルク・
スティフネスも安定し、静止トルクも平衡していて、高
精度のステップ角が得られる。また、フル・ステップ・
モード時でも、ハーフ・ステップ・モード時でも、S極
とN極の数が等しいため、回転時の異常振動が起こらな
いという効果を有する。
の図表図
な力を示すベクトル図
図
図
Claims (20)
- 【請求項1】回転軸方向に磁化された1個以上の永久磁
石を備えたロータを具備する多相ハイブリッド型ステッ
ピングモータにおいて、前記永久磁石と、軟磁鋼製で外
周に等間隔で複数個(NR個)の歯を設け該永久磁石の
両端に付設されたポールキャップとを有し、これら永久
磁石の両端に設けられた2つのポールキャップにそれぞ
れ設けられた複数個の歯は互いに1/2歯ピッチ(1/
2Tp)だけずらされているロータと、該ロータの外周
に配置され内側に向かって放射状に10個の固定磁極を
備えこれら固定磁極の各々にはタップを持たない捲線が
付設された複数の非対称型ステータと、該非対称型ステ
ータにそれぞれ配設され、ロータの歯ピッチと同間隔で
設けられた2つ以上の小歯とを有し、非対称型ステータ
の小歯の数の合計(NS)は、NS=5×(n0 +n1
){n0 は5つの極歯各々の小歯の数、n1 は残りの
5つの極歯の小歯の数}で決まり、小歯がn1 である非
対称型ステータは小歯がn0 である非対称型ステータの
間に配設され、かつ回転軸芯を中心として小歯がn1 で
ある非対称型ステータの反対側には小歯がn0 である非
対称型ステータが配置され、ロータの歯数(NR)と該
ステータの小歯の数の合計(NS)の関係は、NS≧
0.8NR{NSは0.8NRよりも大きいか、等し
い}であり、NRとNSとの差は、NR−NS=K(S
0−S1)+10(S1−1+B){Kは2から5の間
の整数、S0とS1は可能な限り小さい整数であり両者
が等しくとも良い。Bは1の分数であって、10B(B
の10倍)はかならず整数となる}であり、10個の巻
線には必要なだけのN極とS極とを印加電源を供給する
電源供給手段により作り出し、全ステップ角=電気角9
0°=αF,αF=360°/10NR及び半ステップ
角=電気角45°=αH,αH=360°/20NRの
ステップ角をもつ事を特徴とする多相ハイブリッド型ス
テッピングモータ。 - 【請求項2】前記10個の非対称型ステータの捲線が、
10個所の接続点によって10角形を形ずくって接続さ
れそれらの接点はすべてスイッチング素子を介して電源
ソースと個別に接続されN極とS極とを該ステータに作
り出し、その際最低2つの隣接する非対称型ステータは
N極、最低2つの他の非対称型ステータはS極であるこ
とを特徴とする請求項1記載の多相ハイブリッド型ステ
ッピングモータ。 - 【請求項3】回転軸方向に磁化された1個以上の永久磁
石を備えたロータを具備する多相ハイブリッド型ステッ
ピングモータにおいて、前記永久磁石と、軟磁鋼製で外
周に等間隔で複数個(NR個)の歯を設け該永久磁石の
両端に付設されたポールキャップとを有し、これら永久
磁石の両端に設けられた2つのポールキャップにそれぞ
れ設けられた複数個の歯は互いに1/2歯ピッチ(1/
2Tp)だけずらされているロータと、該ロータの外周
に配置され内側に向かって放射状に10個の固定磁極を
備えこれら固定磁極の各々にはタップを持たない捲線が
付設された複数の非対称型ステータと、該非対称型ステ
ータにそれぞれ配設され、ロータの歯ピッチと同間隔で
設けられた2つ以上の小歯とを有し、非対称型ステータ
の小歯の数の合計(NS)は、NS=5×(n0 +n1
){n0 は5つの極歯各々の小歯の数、n1 は残りの
5つの極歯の小歯の数}で決まり、小歯がn1 である非
対称型ステータは小歯がn0 である非対称型ステータの
間に配設され、かつ回転軸芯を中心として小歯がn1 で
ある非対称型ステータの反対側には小歯がn0 である非
対称型ステータが配置され、ロータの歯数(NR)と該
ステータの小歯の数の合計(NS)の関係は、NS≧
0.8NR{NSは0.8NRよりも大きいか、等し
い}であり、NRとNSとの差は、NR−NS=K(S
0−S1)+10(S1−1+B){Kは2から5の間
の整数、S0とS1は可能な限り小さい整数であり両者
が等しくとも良い。Bは0.3}であり、10個の巻線
には必要なだけのN極とS極とを印加電源を供給する電
源供給手段により作り出し、全ステップ角=電気角90
°=αF,αF=360°/10NR及び半ステップ角
=電気角45°=αH,αH=360°/20NRのス
テップ角を持ち、シフト角(電気角)36゜が非対称型
ステータ1と8、2と9、3と10間で達成されること
を特徴とする多相ハイブリッド型ステッピングモータ。 - 【請求項4】向かい合った2つの非対称型ステータの捲
線に電圧が印加されてこれらが相反する磁極極性となる
ことを特徴とする請求項3記載の多相ハイブリッド型ス
テッピングモータ。 - 【請求項5】前記ステータの小歯数がロータの歯数(N
R)より10個の歯数だけ少なくなるように前記定数
K、SO、S1を設定することを特徴とする請求項3記
載の多相ハイブリッド型ステッピングモータ。 - 【請求項6】回転軸方向に磁化された1個以上の永久磁
石を備えたロータを具備する多相ハイブリッド型ステッ
ピングモータにおいて、前記永久磁石と、軟磁鋼製で外
周に等間隔で複数個(NR個)の歯を設け該永久磁石の
両端に付設されたポールキャップとを有し、これら永久
磁石の両端に設けられた2つのポールキャップにそれぞ
れ設けられた複数個の歯は互いに1/2歯ピッチ(1/
2Tp)だけずらされているロータと、該ロータの外周
に配置され内側に向かって放射状に10個の固定磁極を
備えこれら固定磁極の各々にはタップを持たない捲線が
付設された複数の非対称型ステータと、該非対称型ステ
ータにそれぞれ配設され、ロータの歯ピッチと同間隔で
設けられた2つ以上の小歯とを有し、非対称型ステータ
の小歯の数の合計(NS)は、NS=5×(n0 +n1
){n0 は5つの極歯各々の小歯の数、n1 は残りの
5つの極歯の小歯の数}で決まり、小歯がn1 である非
対称型ステータは小歯がn0 である非対称型ステータの
間に配設され、かつ回転軸芯を中心として小歯がn1 で
ある非対称型ステータの反対側には小歯がn0 である非
対称型ステータが配置され、ロータの歯数(NR)と該
ステータの小歯の数の合計(NS)の関係は、NS≧
0.8NR{NSは0.8NRよりも大きいか、等し
い}であり、NRとNSとの差は、NR−NS=K(S
0−S1)+10(S1−1+B){Kは2から5の間
の整数、S0とS1は可能な限り小さい整数であり両者
が等しくとも良い。Bは0.7}であり、10個の巻線
には必要なだけのN極とS極とを印加電源を供給する電
源供給手段により作り出し、全ステップ角=電気角90
°=αF,αF=360°/10NR及び半ステップ角
=電気角45°=αH,αH=360°/20NRのス
テップ角を持ち、シフト角(電気角)36゜が4つ目の
極間(非対称型ステータ1と4、2と5間)で達成され
ることを特徴とする多相ハイブリッド型ステッピングモ
ータ。 - 【請求項7】向かい合った2つの非対称型ステータの捲
線に電圧が印加されてこれらが相反する磁極極性となる
ことを特徴とする請求項6記載の多相ハイブリッド型ス
テッピングモータ。 - 【請求項8】前記ステータの小歯数がロータの歯数(N
R)より10個の歯数だけ少なくなるように前記定数
K、SO、S1を設定することを特徴とする請求項6記
載の多相ハイブリッド型ステッピングモータ。 - 【請求項9】回転軸方向に磁化された1個以上の永久磁
石を備えたロータを具備する多相ハイブリッド型ステッ
ピングモータにおいて、前記永久磁石と、軟磁鋼製で外
周に等間隔で複数個(NR個)の歯を設け該永久磁石の
両端に付設されたポールキャップとを有し、これら永久
磁石の両端に設けられた2つのポールキャップにそれぞ
れ設けられた複数個の歯は互いに1/2歯ピッチ(1/
2Tp)だけずらされているロータと、該ロータの外周
に配置され内側に向かって放射状に10個の固定磁極を
備えこれら固定磁極の各々にはタップを持たない捲線が
付設された複数の非対称型ステータと、該非対称型ステ
ータにそれぞれ配設され、ロータの歯ピッチと同間隔で
設けられた2つ以上の小歯とを有し、非対称型ステータ
の小歯の数の合計(NS)は、NS=5×(n0 +n1
){n0 は5つの極歯各々の小歯の数、n1 は残りの
5つの極歯の小歯の数}で決まり、小歯がn1 である非
対称型ステータは小歯がn0 である非対称型ステータの
間に配設され、かつ回転軸芯を中心として小歯がn1 で
ある非対称型ステータの反対側には小歯がn0 である非
対称型ステータが配置され、ロータの歯数(NR)と該
ステータの小歯の数の合計(NS)の関係は、NS≧
0.8NR{NSは0.8NRよりも大きいか、等し
い}であり、NRとNSとの差は、NR−NS=K(S
0−S1)+10(S1−1+B){Kは2から5の間
の整数、S0とS1は可能な限り小さい整数であり両者
が等しくとも良い。Bは0.2}であり、10個の巻線
には必要なだけのN極とS極とを印加電源を供給する電
源供給手段により作り出し、全ステップ角=電気角90
°=αF,αF=360°/10NR及び半ステップ角
=電気角45°=αH,αH=360°/20NRのス
テップ角を持ち、シフト角(電気角)72゜が隣接する
非対称型磁極間で達成されることを特徴とする多相ハイ
ブリッド型ステッピングモータ。 - 【請求項10】向かい合った2つの非対称型ステータの
捲線に電圧が印加されてこれらが相反する磁極極性とな
ることを特徴とする請求項9記載の多相ハイブリッド型
ステッピングモータ。 - 【請求項11】回転軸方向に磁化された1個以上の永久
磁石を備えたロータを具備する多相ハイブリッド型ステ
ッピングモータにおいて、前記永久磁石と、軟磁鋼製で
外周に等間隔で複数個(NR個)の歯を設け該永久磁石
の両端に付設されたポールキャップとを有し、これら永
久磁石の両端に設けられた2つのポールキャップにそれ
ぞれ設けられた複数個の歯は互いに1/2歯ピッチ(1
/2Tp)だけずらされているロータと、該ロータの外
周に配置され内側に向かって放射状に10個の固定磁極
を備えこれら固定磁極の各々にはタップを持たない捲線
が付設された複数の非対称型ステータと、該非対称型ス
テータにそれぞれ配設され、ロータの歯ピッチと同間隔
で設けられた2つ以上の小歯とを有し、非対称型ステー
タの小歯の数の合計(NS)は、NS=5×(n0 +n
1 ){n0 は5つの極歯各々の小歯の数、n1 は残りの
5つの極歯の小歯の数}で決まり、小歯がn1 である非
対称型ステータは小歯がn0 である非対称型ステータの
間に配設され、かつ、回転軸芯を中心として小歯がn1
である非対称型ステータの反対側には小歯がn0 である
非対称型ステータが配置され、ロータの歯数(NR)と
該ステータの小歯の数の合計(NS)の関係は、NS≧
0.8NR{NSは0.8NRよりも大きいか、等し
い}であり、NRとNSとの差は、NR−NS=K(S
0−S1)+10(S1−1+B){Kは2から5の間
の整数、S0とS1は可能な限り小さい整数であり両者
が等しくとも良い。Bは0.3}であり、10個の巻線
には必要なだけのN極とS極とを印加電源を供給する電
源供給手段により作り出し、全ステップ角=電気角90
°=αF,αF=360°/10NR及び半ステップ角
=電気角45°=αH,αH=360°/20NRのス
テップ角を持ち、シフト角(電気角)36゜が非対称型
ステータ1と8、2と9、3と10・・・間で達成さ
れ、前記ステータの小歯数がロータの歯数(NR)より
3個の歯数だけ少なくなるように前記定数K、SO、S
1を設定することを特徴とする多相ハイブリッド型ステ
ッピングモータ。 - 【請求項12】10個の非対称型ステータにおいて2つ
目毎に小歯の数が1つ多く、5つの該ステータの小歯の
数はn0であり、隣接する該ステータの小歯の数はn1
であることを特徴とする請求項11記載の多相ハイブリ
ッド型ステッピングモータ。 - 【請求項13】回転軸方向に磁化された1個以上の永久
磁石を備えたロータを具備する多相ハイブリッド型ステ
ッピングモータにおいて、前記永久磁石と、軟磁鋼製で
外周に等間隔で複数個(NR個)の歯を設け該永久磁石
の両端に付設されたポールキャップとを有し、これら永
久磁石の両端に設けられた2つのポールキャップにそれ
ぞれ設けられた複数個の歯は互いに1/2歯ピッチ(1
/2Tp)だけずらされているロータと、該ロータの外
周に配置され内側に向かって放射状に10個の固定磁極
を備えこれら固定磁極の各々にはタップを持たない捲線
が付設された複数の非対称型ステータと、該非対称型ス
テータにそれぞれ配設され、ロータの歯ピッチと同間隔
で設けられた2つ以上の小歯とを有し、非対称型ステー
タの小歯の数の合計(NS)は、NS=5×(n0 +n
1 ){n0 は5つの極歯各々の小歯の数、n1 は残りの
5つの極歯の小歯の数}で決まり、小歯がn1 である非
対称型ステータは小歯がn0 である非対称型ステータの
間に配設され、かつ、回転軸芯を中心として小歯がn1
である非対称型ステータの反対側には小歯がn0 である
非対称型ステータが配置され、ロータの歯数(NR)と
該ステータの小歯の数の合計(NS)の関係は、NS≧
0.8NR{NSは0.8NRよりも大きいか、等し
い}であり、NRとNSとの差は、NR−NS=K(S
0−S1)+10(S1−1+B){Kは2から5の間
の整数、S0とS1は可能な限り小さい整数であり両者
が等しくとも良い。Bは0.3}であり、10個の巻線
には必要なだけのN極とS極とを印加電源を供給する電
源供給手段により作り出し、全ステップ角=電気角90
°=αF,αF=360°/10NR及び半ステップ角
=電気角45°=αH,αH=360°/20NRのス
テップ角を持ち、シフト角(電気角)36゜が非対称型
ステータ1と8、2と9、3と10間で達成され、前記
ステータの小歯数がロータの歯数(NR)より5個の歯
数だけ少なくなるように前記定数K、SO、S1を設定
することを特徴とする多相ハイブリッド型ステッピング
モータ。 - 【請求項14】10個の非対称型ステータにおいて2つ
目毎に小歯の数が1つ多く、5つの該ステータの小歯の
数はn0であり、隣接する該ステータの小歯の数はn1
であることを特徴とする請求項13記載の多相ハイブリ
ッド型ステッピングモータ。 - 【請求項15】回転軸方向に磁化された1個以上の永久
磁石を備えたロータを具備する多相ハイブリッド型ステ
ッピングモータにおいて、前記永久磁石と、軟磁鋼製で
外周に等間隔で複数個(NR個)の歯を設け該永久磁石
の両端に付設されたポールキャップとを有し、これら永
久磁石の両端に設けられた2つのポールキャップにそれ
ぞれ設けられた複数個の歯は互いに1/2歯ピッチ(1
/2Tp)だけずらされているロータと、該ロータの外
周に配置され内側に向かって放射状に10個の固定磁極
を備えこれら固定磁極の各々にはタップを持たない捲線
が付設された複数の非対称型ステータと、該非対称型ス
テータにそれぞれ配設され、ロータの歯ピッチと同間隔
で設けられた2つ以上の小歯とを有し、非対称型ステー
タの小歯の数の合計(NS)は、NS=5×(n0 +n
1 ){n0 は5つの極歯各々の小歯の数、n1 は残りの
5つの極歯の小歯の数}で決まり、小歯がn1 である非
対称型ステータは小歯がn0 である非対称型ステータの
間に配設され、かつ回転軸芯を中心として小歯がn1 で
ある非対称型ステータの反対側には小歯がn0 である非
対称型ステータが配置され、ロータの歯数(NR)と該
ステータの小歯の数の合計(NS)の関係は、NS≧
0.8NR{NSは0.8NRよりも大きいか、等し
い}であり、NRとNSとの差は、NR−NS=K(S
0−S1)+10(S1−1+B){Kは2から5の間
の整数、S0とS1は可能な限り小さい整数であり両者
が等しくとも良い。Bは0.3}であり、10個の巻線
には必要なだけのN極とS極とを印加電源を供給する電
源供給手段により作り出し、全ステップ角=電気角90
°=αF,αF=360°/10NR及び半ステップ角
=電気角45°=αH,αH=360°/20NRのス
テップ角を持ち、シフト角(電気角)36゜が非対称型
ステータ1と8、2と9、3と10間で達成され、前記
ステータの小歯数がロータの歯数(NR)より15個の
歯数だけ少なくなるように前記定数K、SO、S1を設
定することを特徴とする多相ハイブリッド型ステッピン
グモータ。 - 【請求項16】10個の非対称型ステータにおいて2つ
目毎に小歯の数が1つ多く、5つの該ステータの小歯の
数はn0であり、隣接する該ステータの小歯の数はn1
であることを特徴とする請求項15記載の多相ハイブリ
ッド型ステッピングモータ。 - 【請求項17】回転軸方向に磁化された1個以上の永久
磁石を備えたロータを具備する多相ハイブリッド型ステ
ッピングモータにおいて、前記永久磁石と、軟磁鋼製で
外周に等間隔で複数個(NR個)の歯を設け該永久磁石
の両端に付設されたポールキャップとを有し、これら永
久磁石の両端に設けられた2つのポールキャップにそれ
ぞれ設けられた複数個の歯は互いに1/2歯ピッチ(1
/2Tp)だけずらされているロータと、該ロータの外
周に配置され内側に向かって放射状に10個の固定磁極
を備えこれら固定磁極の各々にはタップを持たない捲線
が付設された複数の非対称型ステータと、該非対称型ス
テータにそれぞれ配設され、ロータの歯ピッチと同間隔
で設けられた2つ以上の小歯とを有し、非対称型ステー
タの小歯の数の合計(NS)は、NS=5×(n0 +n
1 ){n0 は5つの極歯各々の小歯の数、n1 は残りの
5つの極歯の小歯の数}で決まり、小歯がn1 である非
対称型ステータは小歯がn0 である非対称型ステータの
間に配設され、かつ回転軸芯を中心として小歯がn1 で
ある非対称型ステータの反対側には小歯がn0 である非
対称型ステータが配置され、ロータの歯数(NR)と該
ステータの小歯の数の合計(NS)の関係は、NS≧
0.8NR{NSは0.8NRよりも大きいか、等し
い}であり、NRとNSとの差は、NR−NS=K(S
0−S1)+10(S1−1+B){Kは2から5の間
の整数、S0とS1は可能な限り小さい整数であり両者
が等しくとも良い。Bは0.7}であり、10個の巻線
には必要なだけのN極とS極とを印加電源を供給する電
源供給手段により作り出し、全ステップ角=電気角90
°=αF,αF=360°/10NR及び半ステップ角
=電気角45°=αH,αH=360°/20NRのス
テップ角を持ち、シフト角(電気角)36゜が4つ目の
極間(非対称型ステータ1と4、2と5間)で達成さ
れ、前記ステータの小歯数がロータの歯数(NR)より
7個の歯数だけ少なくなるように前記定数K、SO、S
1を設定することを特徴とする多相ハイブリッド型ステ
ッピングモータ。 - 【請求項18】10個の非対称型ステータにおいて2つ
目毎に小歯の数が1つ多く、5つの該ステータの小歯の
数はn0であり、隣接する該ステータの小歯の数はn1
であることを特徴とする請求項17記載の多相ハイブリ
ッド型ステッピングモータ。 - 【請求項19】回転軸方向に磁化された1個以上の永久
磁石を備えたロータを具備する多相ハイブリッド型ステ
ッピングモータにおいて、前記永久磁石と、軟磁鋼製で
外周に等間隔で複数個(NR個)の歯を設け該永久磁石
の両端に付設されたポールキャップとを有し、これら永
久磁石の両端に設けられた2つのポールキャップにそれ
ぞれ設けられた複数個の歯は互いに1/2歯ピッチ(1
/2Tp)だけずらされているロータと、該ロータの外
周に配置され内側に向かって放射状に10個の固定磁極
を備えこれら固定磁極の各々にはタップを持たない捲線
が付設された複数の非対称型ステータと、該非対称型ス
テータにそれぞれ配設され、ロータの歯ピッチと同間隔
で設けられた2つ以上の小歯とを有し、非対称型ステー
タの小歯の数の合計(NS)は、NS=5×(n0 +n
1 ){n0 は5つの極歯各々の小歯の数、n1 は残りの
5つの極歯の小歯の数}で決まり、小歯がn1 である非
対称型ステータは小歯がn0 である非対称型ステータの
間に配設され、かつ回転軸芯を中心として小歯がn1 で
ある非対称型ステータの反対側には小歯がn0 である非
対称型ステータが配置され、ロータの歯数(NR)と該
ステータの小歯の数の合計(NS)の関係は、NS≧
0.8NR{NSは0.8NRよりも大きいか、等し
い}であり、NRとNSとの差は、NR−NS=K(S
0−S1)+10(S1−1+B){Kは2から5の間
の整数、S0とS1は可能な限り小さい整数であり両者
が等しくとも良い。Bは0.2}であり、10個の巻線
には必要なだけのN極とS極とを印加電源を供給する電
源供給手段により作り出し、全ステップ角=電気角90
°=αF,αF=360°/10NR及び半ステップ角
=電気角45°=αH,αH=360°/20NRのス
テップ角を持ち、シフト角(電気角)72゜が隣接する
非対称型磁極間で達成され、前記ステータの小歯数がロ
ータの歯数(NR)より5個の歯数だけ少なくなるよう
に前記定数K、SO、S1を設定することを特徴とする
多相ハイブリッド型ステッピングモータ。 - 【請求項20】10個の非対称型ステータにおいて2つ
目毎に小歯の数が1つ多く、5つの該ステータの小歯の
数はn0であり、隣接する該ステータの小歯の数はn1
であることを特徴とする請求項19記載の多相ハイブリ
ッド型ステッピングモータ。
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JP22484492A JP3278770B2 (ja) | 1992-07-31 | 1992-07-31 | 多相ハイブリッド型ステッピングモータ |
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